CN204857872U - 锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锂离子电池。本实用新型的锂离子电池包括：由第一极极片、第二极极片和隔离膜构成的卷绕式电芯主体以及包围电芯主体的包装箔；电芯主体中第一极极片位于第二极极片的外层；第二极极片的极耳与第二极极片连接；在第一极极片的收尾端暴露有集流体，且设置骑缝印区，骑缝印区的边缘设置有印孔；在骑缝印区外侧、靠近集流体的收尾端设置有第一极极片的极耳；骑缝印区通过热熔胶与包装箔粘贴在一起，以使得锂离子电池在进行过充或过放操作时，骑缝印区在包装箔鼓胀带动下受力自动撕裂，进而切断导电回路。本实用新型的锂离子电池，实现对电池过充或过放行为安全的把控，极大程度上改善锂离子电池的安全性能，同时降低制作成本。

Description

锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。

背景技术

随着科学技术的发展，各类电子产品层出不穷，几乎成为日常生活中不可或缺的组成，而锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好及可再生产等诸多优点，目前已被广泛应用于各类电子产品中。

但是，由于锂离子电池的内部组成结构不尽相同，用户在日常使用过程中不正确的使用方法，例如：过度充电、过度放电，都成为锂离子电池安全性面临的重要问题。目前常用的提高锂离子电池安全性的措施是通过外接保护装置，这种措施可以在很大程度上提高锂离子电池的安全性。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术的措施并不能从根本上解决锂离子电池的过度充电或者过度放电等行为对锂离子电池安全性的影响，而且，外接保护装置成本较高。

实用新型内容

本实用新型提供一种锂离子电池，以克服锂离子电池的过度充电或者过度放电等行为对锂离子电池安全性的影响的问题。

本实用新型提供一种锂离子电池，包括由第一极极片、第二极极片和隔离膜构成的卷绕式电芯主体以及包围所述卷绕式电芯主体的包装箔；所述卷绕式电芯主体中所述第一极极片位于所述第二极极片的外层；所述第二极极片的极耳与所述第二极极片连接；其特征在于，在所述第一极极片的收尾端暴露有对应的集流体，且在所述集流体上设置骑缝印区，所述骑缝印区的边缘设置有印孔；在所述骑缝印区外侧、靠近所述集流体的收尾端设置有所述第一极极片的极耳；所述骑缝印区通过热熔胶与所述包装箔粘贴在一起，以使得所述锂离子电池在进行过充或过放操作时，所述骑缝印区在所述包装箔鼓胀带动下受力自动撕裂，进而切断导电回路。

进一步地，上述锂离子电池中的所述骑缝印区的上部和/或下部设置有开槽。

进一步地，上述锂离子电池中的所述开槽的长度小于所述第一极极片或者第二极极片的极片宽度的50％。

进一步地，上述锂离子电池中的所述骑缝印区的边缘上设置有撕裂启动点。

进一步地，上述锂离子电池中的所述撕裂启动点的长度范围为大于或者等于1mm，且小于或者等于3mm。

进一步地，上述锂离子电池中的所述第一极极片的极耳为折型极耳，所述折型极耳包括焊接在所述集流体上的主体段、折叠段以及外露极耳段；所述折叠段与所述卷绕式电芯主体之间设置有绝缘胶带。

进一步地，上述锂离子电池中的所述外露极耳段与所述第二极极片的极耳完全在同一平面内。

进一步地，上述锂离子电池中的所述隔离膜收尾端的端部长于所述集流体的收尾端的端部2-20mm，且所述隔离膜与第一极极片的收尾端粘贴在一起。

进一步地，上述锂离子电池中的所述印孔的形状为圆形、条形或三角形。

本实用新型的锂离子电池，通过将卷绕式电芯主体中的第一极极片放于第二极极片的外层，且在第一极极片的尾端暴露对应的集流体，并在集流体上设置骑缝印区，骑缝印区的边缘设置有印孔、表面上涂热熔胶，在骑缝印区外侧、靠近集流体的收尾端设置有第一极极片的极耳，第二极极片的极耳与第二极极片连接，当锂离子电池过充或过放时，热熔胶粘附在包装箔上，从而使得骑缝印区受力撕裂，断开导电回路，解决了现有技术中锂离子电池安全性的措施是通过外接保护装置，并不能从根本上解决锂离子电池的过度充电或者过度放电等行为对锂离子电池安全性的影响的问题，本实用新型的锂离子电池，通过改变锂离子电池自身内部结构，不需要借助外部器件便能实现对电池过充，过放等行为安全的把控，极大程度上改善锂离子电池的安全性能，同时降低制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型锂离子电池实施例一的整体结构俯视图；

图2为图1中区域A的主视图；

图3为本实用新型锂离子电池实施例二的结构示意图；

图4为本实用新型锂离子电池实施例三的结构示意图；

图5为本实用新型锂离子电池实施例四的整体结构俯视图；

图6为图5中锂离子电池的部分结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型锂离子电池实施例一的整体结构俯视图，图2为图1中区域A的主视图，即图2所示为本实施例的锂离子电池的卷绕式电芯主体的最外层的结构示意图。如图1所示，本实施例的锂离子电池可以包括：由第一极极片11、第二极极片12和隔离膜13构成的卷绕式电芯主体以及包围卷绕式电芯主体的包装箔10。包装箔10内除了电芯主体以外，还有用于传输锂离子的电解液。第一极极片11和第二极极片12均包括集流体和涂覆在集流体上的活性材料，其中包装箔10具有易变特性，当锂离子电池过充或过放产生气体时，包装箔10会受到气体压力而严重鼓起，进而在热熔胶的连接下带动骑缝印区撕裂。

如图1和图2所示，本实施例的锂离子电池中，卷绕式电芯主体中第一极极片11位于第二极极片12的外层，具体地，也就是说，第一极极片11在外层，第二极极片12在里层，隔离膜13位于第一极极片11和第二极极片12之间。其中隔离膜13的长度长于第一极极片11，也就是隔离膜的收尾端要比第一极极片11的收尾端长，是保证第一极极片11的收尾端不与其本身较内层的部分接触。第二极极片的极耳15与第二极极片12连接，目的在于将锂离子电池内部产生的电能输送到锂离子电池外部。如图2所示，在第一极极片11的收尾端暴露有对应的集流体且在集流体上设置骑缝印区16，本实施例中骑缝印区16的长度可以等于第一极极片11的宽度。在骑缝印区16的边缘还设置有印孔17，设置印孔17的目的在于骑缝印区16可以更容易沿着印孔17撕裂；在骑缝印区16的表面上涂有热熔胶18，且与包装箔10粘接在一起，以使得锂离子电池过充或者过放时，从而使得骑缝印区16在包装箔10的带动下自动撕裂，进而切断导电回路。

具体地，本实施例锂离子电池中的第一极极片11可以是正极极片，第二极极片12是负极极片；还可以第一极极片11是负极极片，第二极极片12是正极极片，在此不做具体的限定。包装箔10的作用是将第一极极片11、第二极极片12、隔离膜13以及用于电池内部发生化学反应所需的电解液包裹起来。当对锂离子电池过度充电时，例如正常充电时的电压为4.2V，过度充电时的电压为10V，电芯主体内部会迅速发生化学反应，电解液氧化分解产生大量的气体，气体向外推包装箔10，使得包装箔10膨胀变形，并向外拉骑缝印区16，从而促使骑缝印区16沿着印孔17断裂，以断开电芯主体内的导电回路，从而第一极极片的极耳不能继续向外部输送电能，从而保护了锂离子电池不会继续膨胀爆炸，有效地保护了锂离子电池的安全。

当锂离子电池过度放电时，其工作原理与过度充电时相似，在此不再赘述。

本实施例中的锂离子电池在制作过程中，将热熔胶18涂覆在骑缝印区16的中间，涂覆区域面积占骑缝印区16的50％-90％，涂覆区域和骑缝印区16的边线之间留下未涂覆区，且热熔胶18在受热溢胶后的总面积小于骑缝印区16的面积。可以保证骑缝印区16的印孔17不会被热熔胶18熔化溢胶后粘住，保证撕裂时印孔17畅通。

本实施例的锂离子电池，通过将卷绕式电芯主体中的第一极极片放于第二极极片的外层，且在第一极极片的尾端暴露对应的集流体，并在集流体上设置骑缝印区，骑缝印区的边缘设置有印孔、表面上涂热熔胶，第一极极片与第二极极片上分别设置极耳，以使得当锂离子电池过充或过放时，产生的大量气体使包装箔鼓胀，或电芯主体严重变形产生形变应力，二者都能使缝印区撕裂，断开导电回路，解决了现有技术中锂离子电池安全性的措施是通过外接保护装置，并不能从根本上解决锂离子电池的过度充电或者过度放电等行为对锂离子电池安全性的影响的问题。本实施例的锂离子电池，通过改变锂离子电池自身内部结构，不需要借助外部器件便能实现对电池过充，过放等行为安全的把控，极大程度上改善锂离子电池的安全性能，同时降低制作成本。

图3为本实用新型锂离子电池实施例二的结构示意图，如图3所示，本实施例的锂离子电池是在图2所示锂离子电池结构的基础上，进一步地，在骑缝印区16的上部和/或下部设置有开槽。图3所示的为在骑缝印区16的上部设置有开槽，实际应用中，可以在上部设置有开槽，也可以在下部设置有开槽，还可以在上部和下部都设置有开槽。通过设置开槽可以缩短骑缝印区16的长度，更加方便骑缝印区16被撕开，更加有效地保护了锂离子电池的安全性能。

进一步地，骑缝印区16上部和/或下部设置的开槽的长度范围为小于第一极极片11或者第二极极片12的极片宽度的50％。

本实施例的锂离子电池，通过在骑缝印区16设置开槽，可以缩短骑缝印区16的长度，更加方便骑缝印区16被撕开，解决了现有技术中锂离子电池安全性的措施是通过外接保护装置，并不能从根本上解决锂离子电池的过度充电或者过度放电等行为对锂离子电池安全性的影响的问题。本实施例的锂离子电池，通过改变锂离子电池自身内部结构，使得骑缝印区受力时更加容易撕裂，快速断开导电回路，极大程度上改善锂离子电池的安全性能，同时降低制作成本。

图4为本实用新型锂离子电池实施例三的结构示意图，如图4所示，本实施例的装置在上述实施例二的基础上，以在骑缝印区16上部和下部都设置有开槽为例；并进一步地，在骑缝印区16的边缘上设置有撕裂启动点19。撕裂启动点19的数量不做限制，撕裂启动点19的位置可以设置在骑缝印区16的四个角边缘上，也可以设置在当骑缝印区16设置有开槽时，设置在开槽处的边缘；设置撕裂启动点19的目的在于降低对电芯主体内产生气体膨胀或发生形变程度的要求，当产生气体或电池变形达到一定程度后，骑缝印区16的撕裂启动点19首先被撕开，在进行过充等一系列电池会严重胀气和变形的电性能测试时，骑缝印区在包装箔的带动下自动撕裂，断开导电回路，保护锂离子电池的安全性能。

实际应用中，对于仅在骑缝印区16上部或者下部设置开槽时，同理也可以在骑缝印区16的边缘设置撕裂启动点19，在此不再一一举例赘述。

进一步可选地，本实施例的锂离子电池中，撕裂启动点19的长度范围为大于或者等于1mm，且小于或者等于3mm。

本实施例的锂离子电池，通过在骑缝印区设置有撕裂启动点，更加方便锂离子电池在过充或者过放膨胀时，及时撕开骑缝印区，以对锂离子电池进行有效地保护。本实施例的锂离子电池，通过改变锂离子电池自身内部结构，使得骑缝印区受力时更加容易撕裂，快速断开导电回路，极大程度上改善锂离子电池的安全性能，同时降低制作成本。

图5为本实用新型锂离子电池实施例四的整体结构俯视图，图6为图5中锂离子电池的部分结构示意图，如图6所示，本实施例的锂离子电池在图2所示的锂离子电池结构的基础上，进一步地，第一极极片的极耳14为折型极耳，折型极耳包括焊接在集流体上的主体段141、折叠段142以及外露极耳段143；折叠段142与卷绕式电芯主体之间设置有绝缘胶带20。

图2中所示的第一极极片的极耳14为非折型极耳，这样的结构具有一定的缺陷，在制作锂离子电池的过程中，第一极极片的极耳14与第二极极片的极耳15的位置太随意，不同锂离子电池第一极极片的极耳14与第二极极片的极耳15的相互间距以及两个极耳的方向均可能不同，导致锂离子电池的装配非常不便；同时在与锂离子电池外部其他设备进行对接使用时，需要相应的兼容接口，因此，本实施例提出折型极耳，以解决这些问题。

具体地，在第一极极片11收尾端焊接第一极极片的极耳14，并采用绝缘胶带20将整个焊接区域覆盖，防止第一极极片的极耳14上的焊点金属颗粒接触到第二极极片12的集流体，第一极极片的极耳14向电芯主体方向折叠，使得折叠段142折叠后保证外露极耳段143的高度与第二极极片的极耳15的高度在同一水平位置上。且外露极耳段143与第二极极片的极耳15互相平行且位置相对，使得外露极耳段143与第二极极片的极耳15可以完全在同一平面内。且外露极耳段143与第二极极片的极耳15之间的间距可以设置为锂离子电池预设的间距，非常便于与外部的锂离子电池的用电设备相兼容。采用该方式，可以保证封装后的锂离子电池的两个极的极耳全部在同一水平面内，确保锂离子电池的顶封效果，即封装后不漏液，没外观坏品，与外部的用电设备具有很好的兼容性。同时，为了电芯主体第一极极片11与第二极极片12之间不发生短路情况，折叠段142靠近电芯主体的一侧表面上粘有绝缘胶带20。

需要说明的是，为了保证电芯主体封装后电解液不会外流，可以在外露极耳段143和第二极极片的极耳15的端部设置密封胶，以密封外露极耳段143和第二极极片的极耳15分别与包装箔10之间的缝隙，最大程度上保障锂离子电池的密封性，增强了锂离子电池的安全性能。

本实施例的锂离子电池，通过将第一极极片的极耳设置有折型极耳，解决了现有技术中锂离子电池安全性的措施是通过外接保护装置，并不能从根本上解决锂离子电池的过度充电或者过度放电等行为对锂离子电池安全性的影响的问题，本实施例的锂离子电池，通过改变锂离子电池自身内部结构，极大程度上改善锂离子电池的安全性能，同时降低制作成本。

应当说明的是，本实用新型锂离子电池中的电芯主体内的隔离膜13收尾端的端部长于集流体的收尾端的端部2-20mm，且在第一极极片11的收尾端，隔离膜13与第一极极片11的内层粘贴在一起，防止骑缝印区16撕开时，带动第一极极片11翘起。

还应当说明的是，本实用新型锂离子电池中的骑缝印区16的印孔17的形状可以为圆形、条形或三角形，例如：印孔17可以设置为边长为0.2mm的三角形，印孔17还可以设置为长度为1mm的条状，印孔17也可以设置为直径为0.5mm的圆形，印孔17的形状不仅限于以上三种，还可以是正方形、菱形等形状。此外，印孔17的形状也可以是以上几种形状中的多种形状交叉设置。

为了检测本实用新型的锂离子电池的安全性，对本实用新型实施例的锂离子电池进行安全性能的测试。首先制作一种本实用新型的锂离子电池，具体可以包括如下步骤：

1)将第二极极片的极耳15焊接在第二极极集流体头部；

2)按照卷绕工艺将第一极极片11、第二极极片12和隔离膜13卷绕成电芯，隔离膜13长度超出第一极集流体；

3)在第一极集流体尾部焊接第一极极片的极耳14，并采用绝缘胶带20将整个焊接区域粘贴，粘贴至第一极极片的极耳14上的密封剂(sealant)，防止第一极极片的极耳14碰到第二极极片12；

4)第一极极片的极耳14向电芯一面折叠，折叠至与第二极极片的极耳15的高度保持在同一水平位置；

5)在第一极极片的极耳14远离第一极极片收尾端的一侧3-10mm范围内，设置骑缝印区16，并在骑缝印区16的上下两端开槽，槽深20mm；

6)在骑缝印区16的边缘打孔，设置孔型为圆形(直径0.5mm)的骑缝印区印孔17；

7)在骑缝印区16粘贴热熔胶18，热熔胶18的宽度比骑缝印区16宽度窄2-10mm；

8)在骑缝印区16的四个角落设置撕裂启动点19；

9)将裸电芯放置于包装箔10内，注入电解液并封装。

经过上述步骤及后续的化成分容供需后即完成本实用新型锂离子电池的制作。

测试示例一：

本测试示例中采用如下化学体系的锂离子电池：第二极为石墨负极，第二极集流体为铜箔，浆料配方为：石墨：Super-P∶CMC∶SBR＝91∶3∶3∶3。第一极为混合正极，第一极集流体为铝箔，第一极配方为：钴酸锂(LCO)/镍钴锰酸锂(NCM)∶SP∶PDVF＝95.8∶2.1∶2.1，钴酸锂(LCO)和镍钴锰酸锂(NCM)的质量比为1:1，电解液为EC:PC＝30:30溶剂体系，1MLiPF6为电解质，电池首次放电容量为4Ah(35℃，0.5C。本测试示例采用上述锂离子电池的制作流程制得的锂离子电池进行测试。选取5个制得的锂离子电池进行1C、20V条件的过充测试，测试结果中有5/5的锂离子电池的骑缝印区撕裂，通过安全性能测试。

测试示例二：

本测试示例中采用如下化学体系的锂离子电池：第二极为石墨负极，第二极集流体为铜箔，浆料配方为：石墨：Super-P∶CMC∶SBR＝91∶3∶3∶3。第一极为纯锂钴正极，第一极集流体为铝箔，第一极配方为：钴酸锂(LCO)∶SP∶PDVF＝95.8∶2.1∶2.1，电解液为EC:PC＝30:30溶剂体系，1MLiPF6为电解质，电池首次放电容量为4Ah(35℃，0.5C放电)。本测试示例中的锂离子电池选用骑缝印区16的印孔17的形状为三角形，印孔17的边长0.2mm，其余参数与测试示例一的参数相同，详细可以参考上述测试示例一的记载，在此不再赘述。本测试中，选取5个本测试示例的锂离子电池进行1C、20V条件的过充测试，测试结果中有5/5的锂离子电池的骑缝印区撕裂，通过安全性能测试。

测试示例三：

本测试示例中采用如下化学体系的锂离子电池：第二极为石墨负极，第二极集流体为铜箔，浆料配方为：石墨：Super-P∶CMC∶SBR＝91∶3∶3∶3。第一极为纯锂钴正极，第一极集流体为铝箔，第一极配方为：钴酸锂(LCO)∶SP∶PDVF＝95.8∶2.1∶2.1，电解液为EC:PC＝30:30溶剂体系，1MLiPF6为电解质，电池首次放电容量为4Ah(35℃，0.5C放电)。选用实施例3的骑缝印区设置方式，本测试示例中的锂离子电池选用骑缝印区16的印孔17的形状为条形，印孔17的边长1mm，其余参数与测试示例一的参数相同，详细可以参考上述测试示例一的记载，在此不再赘述。本测试中，选取5个本测试示例的锂离子电池进行1C、20V条件的过充测试，测试结果中有5/5的锂离子电池的骑缝印区撕裂，通过安全性能测试。对比测试示例：

本对比测试示例采用如下化学体系的锂离子电池：第二极为石墨负极，第二极集流体为铜箔，浆料配方为：石墨：Super-P∶CMC∶SBR＝91∶3∶3∶3。第一极为混合正极，集流体为铝箔，第一极配方为：钴酸锂(LCO)/镍钴锰酸锂(NCM)∶SP∶PDVF＝95.8∶2.1∶2.1，钴酸锂(LCO)和镍钴锰酸锂(NCM)的质量比为1:1，电解液为EC:PC＝30:30溶剂体系，1MLiPF6为电解质，电池首次放电容量为4Ah(35℃，0.5C。不采用骑缝印区设计，电池制作方式按照常规的卷绕或叠片等其他工艺进行，同样选取5个制得的锂离子电池进行1C20V条件的过充测试，测试结果中0/5通过安全性能测试，通过率异常低。即表示不采用骑缝印区设计锂离子电池的安全性能非常低。

将测试示例一、测试示例二、测试示例三的测试结果和对比测试示例的测试结果进行对比，可以发现，采用骑缝印区结构设计后，可以显著提高锂离子电池在进行过充或过放测试时的通过率，同样对与过充或过放测试相似的会胀气或变形的安全测试也具有相同的效果，可以从根本上解决锂离子电池的安全性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池，包括由第一极极片、第二极极片和隔离膜构成的卷绕式电芯主体以及包围所述卷绕式电芯主体的包装箔；所述卷绕式电芯主体中所述第一极极片位于所述第二极极片的外层；所述第二极极片的极耳与所述第二极极片连接；其特征在于，在所述第一极极片的收尾端暴露有对应的集流体，且在所述集流体上设置骑缝印区，所述骑缝印区的边缘设置有印孔；在所述骑缝印区外侧、靠近所述集流体的收尾端设置有所述第一极极片的极耳；所述骑缝印区通过热熔胶与所述包装箔粘贴在一起，以使得所述锂离子电池在进行过充或过放操作时，所述骑缝印区在所述包装箔鼓胀带动下受力自动撕裂，进而切断导电回路。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述骑缝印区的上部和/或下部设置有开槽。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述开槽的长度小于所述第一极极片或者第二极极片的宽度的50％。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述骑缝印区的边缘上设置有撕裂启动点。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述撕裂启动点的长度范围为大于或者等于1mm，且小于或者等于3mm。

6.根据权利要求1-5任一所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一极极片的极耳为折型极耳，所述折型极耳包括焊接在所述集流体上的主体段、折叠段以及外露极耳段；所述折叠段与所述卷绕式电芯主体之间设置有绝缘胶带。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述外露极耳段与所述第二极极片的极耳完全在同一平面内。

8.根据权利要求1-5任一所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔离膜收尾端的端部长于所述集流体的收尾端的端部2-20mm，且所述隔离膜与第一极极片的收尾端粘贴在一起。

9.根据权利要求1-5任一所述的锂离子电池，其特征在于，所述印孔的形状为圆形、条形或三角形。